Determinar los niveles de agua en calderas de vapor

La función de una caldera de vapor es suministrar la cantidad correcta de vapor de alta calidad: de manera segura, eficientemente y a la presión correcta. El vapor se produce mediante la transferencia de calor del proceso de combustión, o aprovechando el calor residual de un proceso.

El calor se transfiere al agua dentro de la caldera, el agua se evapora y produce vapor a presión. Se precisa una determinada área de la superficie del agua en una caldera para generar vapor. También debe haber una determinada altura por encima del nivel normal de trabajo, para permitir que el nivel de agua aumente cuando aumenta la carga, pero dejando suficiente espacio libre para que se desprenda el vapor sin producir arrastres de agua.

En calderas compactas horizontales, el nivel de agua aumenta cuando aumenta la carga (debido a la mayor presencia de vapor por debajo del nivel de agua en la caldera). Cuando lo hace, el área de superficie de agua (en la que se desprende el vapor) disminuirá porque, cuando el nivel de agua está encima de la línea central de la caldera, los laterales de la carcasa de la caldera convergen.

El fabricante de calderas habrá diseñado la caldera para asegurar que el área del nivel normal de agua (NWL) sea de forma que el vapor se desprenderá a una velocidad aceptable. El diseño también permitirá una altura mínima específica de la salida de vapor por encima del NWL.

Evidentemente, cuando se genera vapor, el agua en la caldera se evapora y la caldera debe recibir un suministro de agua para mantener el nivel. Debido a los factores indicados arriba, el agua debe mantenerse en el nivel correcto.

La seguridad también es de importancia primordial. Si la caldera funciona con una cantidad insuficiente de agua, se pueden producir daños graves e incluso existe el riesgo de explosión. Para esta razón, se precisan controles que harán:

• Monitoreo y control del nivel de agua.
• Detectar si se alcanza un punto de nivel bajo de agua, y tomar la acción apropiada.

Esta acción puede incluir:

• Accionar una alarma, cerrar el suministro de agua de alimentación y parar los quemadores.
• También es esencial proporcionar una indicación externa del nivel del agua.

En estos artículos sobre niveles de agua en calderas de vapor se proporciona información básica sobre los controles de nivel automáticos y las alarmas en calderas pirotubulares. Esta información también es aplicable en general a las calderas acuotubulares con calderín de vapor. Gran parte de la información de estos contenidos está basada en la legislación del Reino Unido. Se deberán consultar las normativas nacionales locales.

Indicación del nivel de agua y niveles de agua en la caldera

La indicación del nivel de agua es aplicable a calderas de vapor en las que se pueda detectar el nivel de agua. Incluye la mayoría de las calderas de vapor, con la excepción de las de un solo paso o tipo serpentín, donde no hay ningún calderín de vapor. En estos casos, las temperaturas de salida de vapor que excedan un valor programado se toman para indicar una entrada insuficiente de agua.

En la mayoría de los casos, un sencillo visor de nivel en el calderín de agua/vapor o en el cuerpo de caldera se usa como el indicador. Muchas normativas estipulan la previsión de dos visores de nivel. Estas disposiciones se requieren principalmente para impedir que una rotura pueda causar un peligro al operario. La forma más común de protección es un cristal de vidrio endurecido en la parte delantera y los dos laterales del visor de nivel de agua.

Para calderas de alta presión puede que sea necesario visores de nivel construidos con cristales lisos o estriados.

El visor de nivel, que ha soportado la prueba del tiempo, se usa en la gran mayoría de calderas y generalmente proporciona un nivel visible de agua por encima y por debajo del nivel normal de agua.

Es esencial comprender lo que se ve en un visor de nivel de caldera. La siguiente sección explica algunos de los factores que influirán en el nivel del agua visualizada en el nivel visual de agua. No es posible definir el nivel exacto de agua en una caldera de vapor, porque la superficie del agua está formada por una cantidad de burbujas con una fuerte circulación horizontal. Por tanto, hay variaciones horizontales de nivel a lo largo y ancho del cuerpo de la caldera. Por el contrario, el visor de nivel contiene agua que:

• No está sujeta a corrientes y agitación. o No contiene burbujas de vapor.
• Está más fría que el agua en la caldera.

Esto quiere decir que el agua en el visor de nivel (y otros accesorios externos) es más densa que el agua dentro del cuerpo de la caldera. A su vez, esto quiere decir que el visor de nivel indicará un más bajo que la media de nivel de agua en la superficie del cuerpo de la caldera.

La diferencia entre el nivel en el visor y el nivel en el cuerpo de la caldera con cargas altas de vapor, dependen de factores como:

• Tasa de generación de vapor de la caldera.
• La altura de la conexión de agua del visor de nivel en la caldera.
• Los TDS y los análisis químicos del agua de caldera.
• El tamaño del cuerpo de la caldera.

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